[发明专利]微孔无机分离膜用过滤管支撑体材料及其合成方法

说明书

技术领域

本发明属于过滤分离技术领域，具体涉及一种微孔无机分离膜用过滤管支撑体材料及其合成方法。

背景技术

微孔无机分离膜用过滤管作为一种过滤分离介质，在工业各个领域得到广泛应用，以其耐高温、稳定性好、使用寿命长、分离效果好等优越特性而成为膜技术领域研究的热点之一。然而，由于其脆性大等不利因素，因此必须将它们被覆在具有一定机械强度的支撑体上使用。作为膜支撑体材料，支撑体的好坏对整个膜的质量具有重要的意义，作为基体的支撑体应有如下性能要求：(1)具有足够高的孔隙率和与之匹配的合适的孔径，以有效减小压阻损失；(2)支撑体具有足够的强度，以达到膜分离器组装、操作方面的要求；(3)表面比较光滑，有一致表面特征的高质量支撑体，以便于在支撑体上形成膜。

目前，膜支撑体材料主要有莫来石支撑体、氧化铝多孔支撑体、碳化硅陶瓷支撑体等。莫来石支撑体是采用天然矿物高岭土、长石和工业氧化铝为主要初始原料，以石墨为成孔剂进行制备而得，此类型的过滤管，虽然强度和气孔率都有一定的提高，但其烧结温度较高(1600℃左右)，能源消耗较大，且温度变化对强度和气孔率的影响较大，不利于控制制备过程，从而不利于进行产业化生产。氧化铝多孔支撑体由于成型及烧成条件的限制，有些支撑体中除了含有Al₂O₃，还不可避免地含有SiO₂、CaO、Na₂O等溶于酸或碱的物质，这些物质的存在会极大地影响陶瓷膜在应用过程中的性能，并且需要较高的烧成温度(1600℃以上)和能源消耗，无论是对实验研究或工业化生产都是难以实现的，况且，由于氧化铝是瘠性料，对于含量很高且粒径分布均匀的氧化铝颗粒，其成型性能也很差。目前碳化硅陶瓷支撑体研究是：即将SiC粉倒入球磨机进行湿球磨，充分混合后，经干燥、半干压成型，在980℃下煅烧2h，随炉自然冷却后，经粉碎、筛选分级制备成不同颗粒等级的SiC骨料。采用碳酸钙和十二烷基苯磺酸钠作为造孔剂，釉式为：0.3K₂O(0.7CaO)·0.6Al₂O₃·4.5SiO₂的长石质生釉料作为粘结剂。将骨料、造孔剂、粘结剂按一定配比进行充分均一的湿式混合后，经干燥，成型，在指定的烧成条件下烧结，随炉自然冷却。此种条件所制备的碳化硅支撑体强度较低(22MPa)。

发明内容

本发明的目的是提供一种微孔无机分离膜用过滤管支撑体材料，是以SiC颗粒为骨架材料，配以环保型粘结剂、造孔剂等辅料制备出符合性能要求的过滤管支撑体材料，具有烧结温度低、相对于同类型的碳化硅支撑体强度有较大提高等特点。

本发明的另一目的是提供一种上述微孔无机分离膜用过滤管支撑体材料的合成方法，制备过程工艺条件简单，易控制，制备过程环境污染较小。

为实现第一目的，本发明所采用的技术方案是：一种微孔无机分离膜用过滤管支撑体材料，由SiC粉料、羧甲基纤维素和粘结剂经混合、干燥、研磨后烧结而成，其中按重量百分比计各组分的含量为SiC粉料72～85％、羧甲基纤维素6～15％、粘结剂3～15％。所述粘结剂是由长石、高岭土和二氧化硅经混合、干燥而成，其中按重量百分比计各组分的含量为长石45～75％、高岭土8～25％、二氧化硅15～40％。

本发明所提供的上述微孔无机分离膜用过滤管支撑体材料的合成方法包括粘结剂制备过程和支撑体材料的制备过程。

1、粘结剂制备过程

将长石、高岭土和二氧化硅按比例混合，以无水乙醇为分散介质，球磨12～72h使其混合均匀，然后在50℃～120℃下干燥5h～15h。

2、支撑体材料的制备过程

用去离子水配制1～5％的羧甲基纤维素水溶液，按质量比例将SiC粉料和羧甲基纤维素溶液混合均匀，然后加入粘结剂搅拌均匀，在60℃～100℃下干燥8h～12h；将干燥后的混合料用研钵研磨均匀，然后用150MPa～200MPa的压力单向压成圆片；在空气气氛下烧结，烧结工艺为以3～10℃/min的升温速度升至1200～1400℃，然后保温0.5～1.5h，最后随炉冷却得到过滤管支撑体材料。